面孔識別研究中的眼動聚光燈擴展技術

引言

面孔加工是社會動物諸如人類的一種基本能力。盡管這個領域的研究數量龐大，但這種關鍵的生物技能中所包含的加工的確切本質和特征還是一個有待討論的問題。由不同作者提出的理論解釋的差異的一個潛在的原因，可能是由于當前學界對于面孔加工的本質存在分歧，即在面孔識別過程中究竟使用整體/構形加工模式還是特征加工模式。

最近，McKone將整體/構形加工定義為“一種對于面孔內部全部特征信息的特殊知覺加工形式”并承認“這種面孔加工方式的確切模式還不清楚”。現在有一些作者也提出了相似的觀點。說明如果面孔識別的加工過程中包含的準確本質并沒有被正式定義，同時所有替代性解釋沒有適當地被排除，那么特殊的實驗情況或被試群體參與整體、構形或特征加工的特定任務的結果將可能造成加工策略的誤導。為了解決這個問題，Miellet等運用了聚光燈擴展技術來隔離面孔加工過程中眼睛對信息積極的收集。通過隔離視覺信息進入面孔系統，以及獲取這些信息的策略，我們至少可以使干擾因素降到最低，使面孔加工起作用。這種方法可能會促進加工信息更好地被理解并提取代表性面孔信息。

面孔識別

面孔會產生一種既特別又很普遍的視覺刺激，在日常生活中，面孔是人們識別他人身份信息最直觀的標志。面孔中包含有大量的信息，通過面孔人們可以對他人的性別、年齡、情緒、社會地位等很多非語言信息有所了解與判斷。人的一生要處理成千上萬的面孔信息，因此要能夠對面孔信息進行迅速、有效的加工，才能更好地適應社會。

面孔識別是一項基本的認知能力，即面孔識別有特殊的大腦加工過程，擁有著與非面孔物體不同的識別加工過程，心理學者們對這一觀點已達成共識。有研究表明，人類自出生以來就具備了區分面孔與非面孔物體的能力，具體就體現在嬰兒對面孔刺激的關注遠遠超過了對其他物體的關注。

聚光燈擴展技術

聚光燈擴展（Expanding Spotlight）技術是面孔識別研究較為新穎的技術，是Sébastien Mielle等人基于其團隊提出的 Blindspot 技術和 Spotlight 技術在早先研究中的局限而提出的一種新型技術。Expanding Spotlight 是指在中性刺激模版（來自所有實驗刺激）上圍繞點呈現一個2°的高斯光闌后以1°/25 ms的速度平滑擴展光闌面積直至刺激完全顯示。使用 Expanding Spotlight 技術時，通常需要操作者指定模版與實驗刺激之間特征的對應關系。我們稱 Expanding Spotlight為聚光燈擴展。在結合Expanding Spotlight技術對面孔識別的研究中，該技術將不同面孔集合起來集成中性面孔（average face template），然后通過電腦以類似于電影的方式在模板上顯示由一個逐漸擴展的光闌呈現，如圖1所示。

聚光燈擴展技術在面孔識別相關研究中的應用，將使人類面孔識別過程中所需的信息更加完整地顯現出來，在中性面孔上不同區域的注視時間將使得該區域目標面孔信息逐漸增加。這種技術的運用將對人類在面孔識別中所需的信息進一步精確到面孔信息某一點的某個半徑范圍內，在探索人類面孔識別過程以及策略的同時，將為人工智能領域的面部識別模擬提供新的思路和途徑。

面孔識別的研究進展

自達爾文時代起，人們就開始對面孔的知覺規律進行研究，揭示了表情的跨文化一致性。20世紀70年代，Ekman 和 Frisen 系統地研究了人臉基本表情的文化普遍性，提出面部表情編碼系統（FACS），用44個運動單元來描述人臉表情變化，并從解剖學角度提出了6種基本的面部表情。20世紀80年代，Bruce和Young基于大量的行為實驗、日常觀察以及臨床結果提出了經典的面孔識別功能模型。自此，面孔識別成為認知科學研究領域中的熱點問題之一。

目前，面孔識別的研究主要包括面孔識別中特征和結構信息的作用規律、本族偏向以及兒童面孔識別發展規律等三個方面。對特征和結構信息的作用規律的研究形成了面孔識別的整體說、專家系統說、認知模型和交互激活競爭模型等主要理論和模型。

面孔識別研究中的一個重要問題是我們對面孔進行識別時，是如何加工的？是基于面孔的局部的成分特征，還是基于面孔的整體結構。至今，大部分研究結果支持的是面孔識別是基于面孔的整體結構。在面孔認知研究中，目前主要存在三種理論，即特征說、結構說和整體說。

特征說認為面孔加工過程主要對特征信息進行加工，特征信息是指面孔上相對獨立的器官，如眼睛、鼻子、嘴巴等。

結構說認為面孔加工過程除了特征信息加工之外，更主要是結構信息的加工，結構信息是指面孔上特征之間的空間關系及版面布局信息。面孔認知研究中一直存在著局部和整體加工方式之爭。Leder等人認為，面孔主要以局部特征信息進行加工，整體面孔只不過是各特征的簡單總和。而且這些特征信息在面孔加工過程中具有不同的相對重要性，從大到小依次為內輪廓、外輪廓、眼部、嘴巴和鼻子。很顯然，特征說支持的是面孔的局部加工方式。

Gelder等人把結構加工等同于整體加工。然而，Leder等人則認為在面孔加工過程中起關鍵作用的是特征之間的空間關系，而不是整體模板。如有人考察了局部結構信息（兩眼間的距離）在正向和倒置面孔中的作用，發現局部結構信息在面孔加工中起著關鍵作用，而無須進行整體加工。

隨著ERPs技術和fMRI技術在心理學領域的廣泛應用，結合面孔識別的眼動行為實驗研究結果，深入探討面孔識別模式背后的認知神經機制，將是今后面孔識別模式相關研究和人工智能領域應用中十分關鍵的一部分。

參考文獻：

[1]Mckone， E. Holistic processing for faces operates over a wide range of sizes but is strongest at identification rather than conversational distances[J]. Journal of Vision， 2009 （2）： 268-283.

[3]Richler Jennifer J，Palmeri Thomas J，Gauthier Isabel. Meanings， mechanisms， and measures of holistic processing.[J]. Frontiers in psychology，2012，3.

[4]Piepers D W ， Robbins R A . A Review and Clarification of the Terms “holistic”， “configural” and “relational” in the Face Perception Literature[J]. Frontiers in Psychology， 2012， 3（559）：559.

[5]Sébastien， Miellet， LucaVizioli， Lingnan， He. Mapping face recognition information use across cultures[J]. Fontiers in PSYCHOLOGY， 2013（4）： 1-12.

[6]Morton， J， Johnson， M， H. CONSPEC and CONLERN： A Two-Process Theory of Infant Face Recognition[J]. Psychological Review， 1991， 98（2）： 164-181.

[7]Bruce.V， Young， A.. Understanding face recognition[J]. British Journal of Psychology， 1986（77）： 305-327.

[8]Leder， H， Bruce， V. When inverted faces are recognized：The role of configural information in face recognition[J]. Journal of Experimental Psychology， 2000， 53（2）： 513-536.

[9]Gelder， B， Rouw， R. Paradoxical configuration effects for faces and objects in prosopagnosia[J]. Neuropsychologia， 2000 （38）： 1271-1279.

作者簡介：高嘉成（1993—），男，漢族，新疆人，助教，碩士研究生，新疆師范大學心理學院，研究方向：認知與人格發展研究。